Konvergované služby v elektronických komunikacích

Bankovní institut vysoká škola Praha Informačních technologií a elektronického obchodování Konvergované služby v elektronických komunikacích Diplomová práce Autor: Jaroslav Beneš Informační technologie a Management Vedoucí práce: Ing. Jiří Kosnar Praha Duben, 2009

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a s použitím uvedené literatury. V Praze dne 7. dubna 2009 Jaroslav Beneš

Poděkování: Rád bych poděkoval mému vedoucímu práce panu Ing. Jiřímu Kosnarovi za odborné vedení, cenné rady a připomínky při psaní této diplomové práce.

Anotace Konvergované služby jsou výsledkem (procesem) propojování a slučování pevného a mobilního světa telekomunikací. Ve své diplomové práci na téma Konvergované služby v elektronických komunikacích se zaměřuji na současný stav telekomunikací v České republice. Dále poukazuji na slabá místa v regulaci českého telekomunikačního trhu a další rozvoj konvergovaných služeb a konvergovaných sítí. Tato diplomová práce shrnuje současný stav využívání konvergovaných služeb v České republice a naznačuje možný budoucí směr využívání těchto služeb. Annotation Convergent services are the result (process) of interconnecting and merging fixed and mobile telecommunication worlds. This diploma thesis Convergent Services in Electronic Communication is aimed at the present state of telecommunication in the Czech Republic.The weak parts in the regulation of the Czech telecommunication market and further development of convergent services and convergent networks are also discussed. The present diploma thesis summarizes the current state of using convergent services in the Czech Republic and outlines a possible future development in their usage.

Obsah 1. Základní telekomunikační služby (pevná a mobilní telefonie)...4 1.1 Historie konvergovaných služeb...4 1.2 Historie telefonních sítí...5 1.3 Historie datových sítí...6 1.4 Propojení telefonní a datové sítě síť ISDN...7 1.4.1 Struktura telefonní sítě...7 1.5 Historie paketových (datových) sítí...8 1.6 Historie mobilních sítí...10 1.6.1 První generace mobilní sítě...10 1.6.2 Druhá generace mobilní sítě...10 1.6.3 Rozšíření druhé generace mobilní sítě...11 1.6.4 Třetí generace mobilní sítě...11 2. Pevná telefonie...13 2.1 Druhy signalizace...13 2.2 Účastnická signalizace...14 2.3 Základní přípojka...14 2.4 Primární přípojka...15 2.4.1 Architektura protokolu DSS1...16 2.4.2 Druhy provozu...17 2.5 Reference volání...21 2.5.1 Příklad protokolu pro spojení (přepojování okruhů)...21 2.6 Síť SS7...24 2.7 Součásti sítě SS7...24 2.8 Pevná IP telefonie...28 3. Mobilní telefonie...29 3.1 GSM...29 3.1.1 Přihlášení mobilního telefonu do sítě...31 3.2 UMTS...32 3.2.1 Uživatelský terminál...34 3.2.2 Přístupová síť...35 3.2.3 Základnová stanice...36 3.2.4 Řídící jednotka rádiové sítě...37 3.2.5 Páteřní síť...37 4. Vznik konvergovaných služeb a konvergovaných sítí...40 4.1 Úvod - definice konvergence...40 4.2 Konvergence hlas a data...41 4.3 Konvergence IP...42 4.4 Typy konvergence...42 4.4.1 Marketingová konvergence...42 4.4.2 Skutečná konvergence (služby, sítě a systémy)...43 4.4.3 Propojení konvergovaných sítí...44 4.5 Shrnutí - návratnost investic...45 5. Platforma pro konvergované služby NGN...46 5.1 Architektura NGN...47 5.2 Výhody NGN...49 6. Možnosti stávajících a budoucích prostředí pro konvergované služby...50 6.1 Konvergence v České republice...50 6.2 Český telekomunikační úřad (ČTÚ)...51 1

6.3 Zákazníci - současné komunikační řešení...52 6.4 Nabídky konvergovaných služeb pro zákazníky...53 6.4.1 Společnost T-Mobile - služba ProfiNet...53 6.4.2 Společnost Telefonica O2 - služba OnePort...54 6.4.3 Společnost Vodafone - služba ONENET...56 6.5 Shrnutí poskytovatelů konvergovaných služeb...58 7. Rozvoj konvergovaných služeb doporučení dalšího vývoje...59 7.1 Motivace a příležitosti konvergence...59 7.2 Architektura konvergovaných sítí...59 7.3 Kvalita pevné telefonie a IP telefonie...60 7.4 Rychlejší zavedení QoS...61 7.5 Nasazení videa v síti...61 7.6 Napájení po Ethernetu...62 7.7 IP komunikace pro menší společnosti...62 7.8 Elastičnost vzdálených pracovišť...62 7.9 Rychlé řešení problémů...63 7.10 Jeden terminál...63 2

Úvod konvergované služby v elektronických komunikacích V posledních letech jsme všichni svědky rychlého vývoje oborů telekomunikací, informační technologie, počítačů, atd. Termín konvergence označuje vzájemné sbližování - propojení pevného a mobilního světa telekomunikací. Účelem této diplomové práce je podat přehled o vývoji a možnostech konvergovaných služeb. V první části diplomové práce se seznámíme s počátky telefonní, datové a mobilní sítě a s počátky konvergovaných sítí a služeb. Dále pak s technologickým zázemím těchto sítí a jejich dalším rozvojem. Ukážeme si aspekty současného řešení v porovnání s novým (konvergovaným) řešením, které pro zákazníky přináší komplexnější a levnější služby. V poslední části diplomové práce jsou uvedeny vlastní návrhy rozvoje konvergovaných služeb a sítí, které budeme blízké budoucnosti zcela určitě využívat. Cíl práce (max. 3 řádky): Seznámit s počátky konvergovaných služeb, s jejich historickým vývojem, rozvojem, včetně dalšího rozšiřování do jiných oblastí, než jsou pouze počítačové sítě a telekomunikace. Poznámka: V diplomové práci se vyskytuje velké množství zkratek a technických termínů (pojmů). Zkratky a pojmy uvedené v textu jsou vysvětleny v příloze č. 2 v Malém telekomunikačním slovníku. V příloze č. 1 je uveden seznam obrázků a tabulek. 3

1. Základní telekomunikační služby (pevná a mobilní telefonie) 1.1 Historie konvergovaných služeb Pro telekomunikační sítě bylo po dlouhou dobu charakteristické, že byly budovány vždy pro jeden určitý způsob komunikace. Po mnoho let tedy vedle sebe existovaly nezávisle na sobě síť telefonní, určená pro hlasovou komunikaci a síť telegrafní (nyní datová), určená pro komunikaci textovou. Z pohledu poskytovaných služeb byla tedy telefonní síť využívána pro telefonní službu, telegrafní síť pro službu účastnického dálnopisu (Telex) a službu telegramovou. Tomu byly podřízeny technické a provozní vlastnosti těchto sítí, tj. specifikace signálů v koncových bodech sítě, charakteristiky přenosových cest, parametry spojovacích zařízení, celkové uspořádání sítě, její provozní kapacity atd. Hlavní směry rozvoje a technických inovací zpravidla určovala síť telefonní vzhledem ke svému plošnému rozšíření, počtům účastníků a objemům provozu. Již od samého počátku bylo patrné víceúrovňové hierarchické uspořádání této sítě. Důvody jsou celkem zřejmé: 1) prvním z nich je přirozené rozložení objemů provozu v závislosti na vzdálenosti účastníků, 2) další pak byly důvody technického a ekonomického charakteru, tzn. vlastnosti a schopnosti spojovacích a přenosových systémů a relace mezi náklady na výstavbu a provoz telefonních ústředen a přenosových cest. Telefonní sítě používaly standard CS (Circuit switching - přepojování okruhů), sloužící k přenosu hlasu a obrazu a datové sítě používaly efektivnější standardy založené na PS (Packet switching - přepojování a přenos paketů). Pro každý standard byl určen jiný způsob účtování. Přepojování okruhů používalo účtování dle času a přepojování paketů za přenesená data nebo ještě výhodněji paušální tarif s neomezeným množstvím dat (v současnosti). Z historie známe však úspěch v konvergování, a to ISDN (Integrated Service Digital Network). Podstatou byla tehdy představa služby počítačů přestěhovat do světa telekomunikací. To se podařilo, ačkoliv byl tento pokus odsouzen k nezdaru, protože se předpokládalo, že by telekomunikace výrazně zdražil. Avšak standardu ISDN nyní používáme naprosto běžně. 4

Druhý pokus se tolik neujal, předpokladem tehdy bylo obě služby nasadit na společnou platformu, sítě ATM, které pracovaly na pomezí mezi přepojováním okruhů a používání paketů. Tento pokus se nezdařil, protože jeho nevýhodou je velká režie a provoz přenosových protokolů vyšších úrovní. Tento typ sítě používají telekomunikační operátoři, ale i zde je již na ústupu. Současným trendem hlasové telefonieje migrace na datové sítě. 1.2 Historie telefonních sítí Hlavní motivací v rozvoji telekomunikací vždy byly narůstající potřeby komunikace, projevující se růstem počtů účastníků a zvětšováním objemů provozu. Spolu s řešením problému, jak zajistit potřebné přípojné kapacity telefonních ústředen bylo třeba hledat možnosti, jak dosáhnout co nejlepšího využití kapacit přenosových médií, tj. zejména draze budovaných kabelových tras. Na této linii vývoje lze najít několik významných bodů, které vždy znamenaly zásadní kvalitativní skok. Prvním z nich je praktické využití vynálezu pulzní kódové modulace - PCM, tzn. nahrazení analogového přenosu hovorového signálu přenosem digitálním. V procesu, který začal někdy v 60. letech tak byly ze sítí postupně vytlačeny analogové přenosové systémy a globálně nasazeny přenosové systémy digitální. Operace se signálem v digitálním tvaru pak byly později aplikovány i ve spojovacích systémech, kde tzv. spojování v časové doméně resp. časové spojovací pole nahradilo spojovací pole prostorové. Tím byly položeny základy k úplné digitalizaci sítě. Dalším z těchto významných momentů, který ostatně ovlivnil prakticky všechny technické i netechnické obory, byl pokrok v technice polovodičů, v miniaturizaci a integraci součástek a zejména v technice mikroprocesorů a jejich aplikací. Průnik těchto moderních technologií do telekomunikačních systémů vedl ke zmenšení jejich prostorových a energetických nároků, ale navíc přinesl i možnosti realizace nových postupů a funkcí, které s dřívějšími technologiemi ani nebyly možné. Dalším, možná kvalitativně nejvýraznějším krokem byla aplikace principů počítačových systémů, zejména programového řízení, ve spojovacích zařízeních. A konečně v oblasti přenosových technologií přinesl zásadní obrat pokrok ve vývoji optických vláken a optoelektronických součástek, který vedl k poměrně rychlé výměně podstatné části klasických přenosových médií - kabelů s kovovými vodiči - za kabely optické, a to ve všech úrovních sítí, a k získání dříve nepředstavitelných přenosových kapacit v řádu Gbit/s. 5

Telekomunikační technologie posledních dekád minulého století lze tedy souhrnně charakterizovat několika klíčovými vlastnostmi: 1. Vysoká koncentrace spojovacích kapacit podřízených jednomu systému řízení spojovacích funkcí. 2. Změněné cenové relace mezi přenosovými médii, přenosovými systémy a spojovacími systémy. 3. Určitý stupeň integrace digitálních spojovacích a přenosových systémů. 4. Výrazně nižší nároky na prostor, energii a údržbu. 1.3 Historie datových sítí Další obor, který zasáhl do rozvoje oboru telekomunikací, a který má původ v oboru informačních technologií. jsou dálkové datové komunikace přenos dat. Nejprve telegrafní, vzápětí pak i telefonní síť a v nich vyčleněné pevné okruhy začaly být využívány k přepravě dat mezi místy jejich vzniku, zpracování a použití, později pak i k přímé komunikaci uživatelů s počítači a počítačů mezi sebou. Tyto sítě byly dvojího typu. V datových sítích s komutací okruhů byl použit klasický princip spojování (přepojování okruhů), stejný jako v síti telegrafní a telefonní. Dokonce zpočátku byly některé datové ústředny jen určitou modifikací některých typů ústředen telegrafních nebo telefonních. Zcela novým typem telekomunikační sítě se pak stala datová síť s přepojováním paketů, tj. s principem spojování, který vznikl v prostředí souběžně se rozvíjejícího oboru informačních technologií. Zatímco budování datových sítí s komutací okruhů se v krátké době ukázalo jako neperspektivní, princip přepojování paketů se stal pro datovou komunikaci základem dalšího rychlého rozvoje. Přináší totiž dvě významné přednosti: A) Mnohonásobně lepší využití kapacity přenosových cest (tras). B) Možnost komunikace téměř doslova "každého s každým". Tato možnost vyplývá právě z principu paketového přenosu, při kterém komunikace mezi účastníky neprobíhá v reálném čase, ale pakety jsou předávány z paměti do paměti koncových a síťových zařízení v následných časových intervalech. Existence několika typů telekomunikačních sítí vedle sebe, jejich současné využívání pro datovou komunikaci a neustále se zvyšující nároky uživatelů si vynutilo řešení nového, do té doby neznámého problému, a sice propojení sítí různého druhu a zajištění jejich 6

spolupráce tak, aby byla možná vzájemná komunikace jejich účastníků. Současně, v důsledku narůstajících potřeb i dalších druhů tzv. nehovorové komunikace - komunikace textové a obrazové - vznikaly nové telekomunikační služby, přizpůsobené požadovanému způsobu komunikace a vlastnostem sítí, ve kterých byly poskytovány a specifické i příslušnými koncovými zařízeními. V těchto službách se poprvé propojily obory informatiky a telekomunikací a vzniklo pro ně i nové zvláštní označení - služby telematické. 1.4 Propojení telefonní a datové sítě síť ISDN Tato situace vedla ke vzniku myšlenky a konceptu jediného společného síťového prostředí pro všechny druhy dálkové komunikace, sítě označované ISDN (Integrated Services Digital Network) - digitální sítě integrovaných služeb. Základem této sítě je integrovaná digitální síť IDN (Integrated Digital Network), což je telefonní síť, postavená na digitálním přenosovém prostředí s použitím digitálních ústředen s časovým spojováním a programovým řízením, ve kterých je integrován nejnižší stupeň přenosové technologie. Použitím signalizace SS7 v této síti a využitím prostředků pro zřizování digitálních účastnických přípojek pak vzniká ISDN - síť, která v koncovém bodě nabízí digitální účastnické rozhraní, umožňující současné připojení různých koncových zařízení a přístup k řadě telekomunikačních služeb pro různé způsoby komunikace hovorové i nehovorové. Přínosem pro zákazníky měly být dvě základní přednosti: 1. Přístup ke všem komunikačním možnostem na jediné síťové přípojce. 2. Vysoké kvalitativní parametry poskytovaných služeb dané digitálním přenosem po celé délce spojení mezi koncovými body sítě. Slabinou však od začátku byly a zůstaly relativně vysoké ceny těchto služeb zejména pro koncové uživatele. 1.4.1 Struktura telefonní sítě Do té doby klasické hierarchické členění telefonních sítí ztrácí opodstatnění a bývalé tři úrovně - místní, uzlová, tranzitní - se fakticky redukují na dvě tím, že ve spojovacích systémech splývá úroveň místní a národní (tranzitní) - viz obr. 1. Důsledným využitím výhradně digitálních spojovacích i přenosových systémů vzniká integrovaná digitální telefonní síť - IDN. 7

Obr. 1 - Dvouúrovňové uspořádání digitální telefonní sítě Zdroj: interní materiály GTS Novera, a.s., vlastní úpravy 1.5 Historie paketových (datových) sítí Jako nejlepší pro účely datové komunikace se ukázal princip paketového přenosu (komunikace) resp. přepojování paketů. Paketová komunikace, která v sobě shrnuje principy časového multiplexoru, koncentrátoru a přepojování zpráv (střadačového spojování) byla poprvé prakticky aplikována v USA v počítačové síti ARPA (původní síť dnešního Internetu). V historii datové komunikace přinesla významný obrat jak v oboru informačních technologií, tak v oboru telekomunikací. Vedle markantního zvýšení efektivnosti využití přenosových cest a zlepšení kvalitativních parametrů komunikace v uživatelských datových sítích se stala jedním ze základů filozofie otevřených systémů a jejich propojování, reprezentované referenčním modelem jednotné síťové architektury - OSI modelem. Cílem vytvoření této jednotné síťové architektury bylo zajistit, aby jakákoliv uživatelská koncová zařízení, vyhovující mezinárodně přijatým požadavkům, byla volně připojitelná k síti, vytvořené podle pravidel a specifikací jednotné síťové architektury. 8

Při zpracování rozsáhlého souboru normativních dokumentů, došlo i zde k významnému propojení oborů informačních a telekomunikačních technologií, které následně ovlivnilo další vývoj nejen v oblasti veřejných datových sítí, ale i ostatních moderních telekomunikačních sítích a služeb. Vrstvový referenční model OSI se stal společným základem pro nová koncepční řešení síťových systémů, služeb a uživatelských zařízení a tvorbu příslušných mezinárodních normativních dokumentů v obou oborech. Zařízení pro datové IP (Internet Protocol) sítě se neustále zdokonalují a jejich parametry, zejména uživatelské přenosové rychlosti a provozní kapacity přepojovacích zařízení dosahují již takových hodnot, že přenosové služby v těchto sítích mohou za příznivých okolností poskytnout kvalitu srovnatelnou s přenosovými službami v digitálních sítích s komutací okruhů. Jestliže se spojí tyto možnosti paketových datových sítí s novými, neustále zdokonalovanými metodami digitálního zpracování akustických a obrazových signálů je možné toto síťové prostředí využít i pro audio a video komunikaci v reálném čase. Nasazování technologie IP sítí se postupně stalo jedním z nástrojů k dosahování konkurenceschopnosti jak nových telekomunikačních operátorů, kteří se zpravidla orientují na určité vybrané druhy a soubory služeb, tak i tradičních velkých operátorů klasických rozsáhlých telekomunikačních sítí. Velcí operátoři, kteří zpravidla ovládají základní síťové infrastruktury, využívají IP technologie k získání potřebné pružnosti v odezvě na aktuální požadavky uživatelů a poptávku po nových službách a k dosažení lepšího využití přenosových kapacit, které mají ve svých sítích vybudovány. Pro nové poskytovatele služeb je technologie IP sítí v řadě hledisek výhodnější než klasické telekomunikační technologie. Pokud se orientují na služby datové komunikace, pak se u nich zužitkují výhody vysoké flexibility IP technologií jak z hlediska přizpůsobení provozních kapacit systému aktuálnímu zájmu zákazníků, tak z hlediska implementace různých uživatelských služeb a jejich konkrétních parametrů. Nezanedbatelné přitom jsou i relativně příznivé cenové relace u IP technologií. Jestliže pak jsou tito provozovatelé schopni nabídnout ve své síti i služby hlasové komunikace s přijatelnou kvalitou, získávají výhodné konkurenční pozice proti poskytovatelům klasické telefonní služby. 9

1.6 Historie mobilních sítí Veřejné mobilní sítě jsou používány pouze cca 20 let. Po celou tuto dobu procházejí bouřlivým rozvojem a jejich vývoj se neustále zrychluje, v poslední době se velmi rozšiřují dokonce na úkor pevných telefonních sítí. Současným trendem je zejména rozšiřování možností datové komunikace a přístupu na Internet. 1.6.1 První generace mobilní sítě První generaci mobilních systémů lze charakterizovat jako analogové radiotelefonní mobilní systémy, které využívají na radiovém rozhraní. Příkladem těchto systémů jsou systémy NMT (Nordic Mobile Telephony). NMT systémy se nejvíce používají v Evropě, ve Skandinávských státech. První sítě s tímto systémem byly zprovozněny na začátku osmdesátých let. NMT systémy využívají na radiovém rozhraní frekvencí v pásmu 450 nebo 900 MHz. Zajímavou vlastností těchto systému, je že na rozdíl od řady dalších systémů první generace umožňují mezinárodní roaming. 1.6.2 Druhá generace mobilní sítě Druhou generaci mobilních systému lze charakterizovat jako digitální buňkové mobilní radiotelefonní systémy. Typickým příkladem tohoto systému je GSM (Global System for Mobile Communication). V porovnání se systémy první generace jde o pokročilejší způsob komunikace vyznačující se hlavně vyšší kapacitou systému, vysokou odolností proti odposlechu a rušení, možností jednoduché realizace mezinárodního roamingu, menšími a úspornějšími terminály, větší nabídkou funkcí, větší kompatibilitou s pozemními systémy atd. Systémy GSM se ve světě používají od roku 1992. Jejich rozšíření není omezeno pouze na jeden světadíl či jeho část. Pro GSM se využívá různých frekvenčních pásem 900, 1800, 1900 MHz.. Principy, typy rámců, protokoly používané všemi uvedenými odnožemi GSM jsou shodné. Jediná odlišnost je právě ve frekvenčním pásmu používaném pro přenos signálu mezi mobilní stanici a mobilní sítí, tedy na radiovém rozhraní. V GSM se na radiovém rozhraní používá pro každý rádiový kanál ještě časové dělení a princip TDMA (Time Division Multiple Access). Tento princip se nazývá TDMA over FDMA (Frequency Division Multiple Access). 10

V TDMA rámci se přenáší kromě užitečných dat od několika uživatelů také řídící informace. Z hlediska přenosu dat je na tom druhá generace mnohem lépe než první generace. Druhá generace používá již z principu pro přenos hlasu v celé síti digitální tvar signálu. Základní rychlost mezi mobilní stanici a sítí je 13 kbit/s obousměrně. Tento kanál lze bez větších potíží užít pro přenos dat, běžně rychlostí 9,6 kbit/s. 1.6.3 Rozšíření druhé generace mobilní sítě Dále se často hovoří o dvou a půlté generaci, tedy vylepšených mobilních systémech druhé generace. Tyto systémy jsou charakteristické digitálním přenosem signálu v rámci celé mobilní sítě s možností vyšších přenosových rychlostí než 9,6 kbit/s a případně využitím paketového způsobu přenosu na principu GPRS (General Packet Radio Service). Zavádí do prostředí mobilních systémů IP protokol s přímým standardizovaným připojením do Internetu teoreticky až rychlostí 192 kbit/s. Do této skupiny lze zařadit i GSM s rychlým přenosem dat pomocí přepojování okruhů HSCSD (High Speed Circuit Switched Data). HSCSD umožňuje přenosové rychlosti až 57,6 kbit/s (součet v obou směrech přenosu). Další zvyšování přenosových rychlostí je možné použitím systému EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), který představuje konečný vývoj datových komunikací uvnitř standardu GSM. V porovnání s klasickým GSM je zde použit jiný druh modulace. Celkové rychlosti datových přenosů se pohybují kolem 384 kbit/s. 1.6.4 Třetí generace mobilní sítě Pro označení třetí generaci mobilních systémů se používá zkratka UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Jde o systémy, které pracují v pásmu 2 GHz a které sjednocují různé bezdrátové přístupové technologie současnosti do jedné pružné a výkonné infrastruktury schopné nabídnout široký rozsah multimediálních služeb s garantovanou kvalitou. V praxi to znamená plnou mezinárodní interoperabilitu a přístup k pokročilým službám, jako jsou např. videokonference a datové přenosy 384 kbit/s s plnou mobilitou (v dopravních prostředcích do 120 km/hod) a až 2 Mbit/s s omezenou mobilitou (pohyb chůzí méně než 10 km/hod). 11

Systém třetí generace UMTS podporuje všechny služby zamýšlené pro pevné širokopásmové sítě (ISDN). Na rozhraní mezi mobilní stanicí a sítí se využívá pro přenos dat na principu CDMA (Code Division Multiple Access). Jedná se o metodu, kde je možné celé frekvenční pásmo ve stejném čase sdílet více účastníky pomocí kódového dělení. Zajímavá vlastnost UMTS je také to, že jako první systém umožňuje mezinárodní handover. Tabulka 1 sumarizuje přenosové rychlosti využitelné pro uživatele dosažitelné různými mobilními systémy. Tabulka 1 - Přehled rychlostí mobilních systémů Technologie Komerčně zprovozněno Přenosové rychlosti GSM 1992 9,6 kbit/s HSCSD 1999 57,4 kbit/s GPRS 2000 192 kbit/s EDGE 2001 384 kbit/s UMTS 2002 144kbit/s až 2 Mbit/s Zdroj: vlastní úprava Sbližování a prolínání informačních (počítačových) a telekomunikačních (pevná a mobilní) technologií se v poslední dekádě minulého století stalo významným faktorem, který začal vlastními specifickými impulzy ovlivňovat další vývoj v obou oborech. Proto si tento proces vysloužil i vlastní pojmenování - KONVERGENCE. Při bližším zkoumání tohoto oboru (procesu) můžeme rozlišit dvě linie - konvergenci sítí a konvergenci služeb. 12

2. Pevná telefonie Pojem pevná telefonie - signalizační systémy je spojen se zavedením automatizovaných telefonních systému. V digitálních spojovacích systémech a v sítích s těmito systémy je nutný přenos signalizace jak pro spojení uvnitř digitální sítě, tak i pro spojení mezi účastníky, z nichž jeden je připojen např. na digitální ústřednu a druhý na ústřednu analogovou (ústředny 2. a 3. generace). V souvislosti s digitalizací sítě je nutné řešit jednak signalizaci pro spolupráci analogových a digitálních ústředen, jednak signalizace v samotné digitální síti. 2.1 Druhy signalizace Každé telefonní spojení zahrnuje tři druhy signalizace: 1. Signalizaci mezi účastníky a ústřednou. 2. Signalizaci uvnitř ústředen. 3. Signalizaci mezi ústřednami. Obr. 2 - Klasická struktura telefonní soustavy Telefonní ústředna A Telefonní ústředna B Zdroj: vlastní znalosti V telefonní síti se nejvíce využívají systémy ISDN (Integrated Services Digital Network), a proto se zaměříme na účastnickou a meziústřednovou signalizaci těchto systémů. 13

2.2 Účastnická signalizace Tato signalizace probíhá mezi účastnickým terminálem (koncovým zařízením) a ústřednou, na kterou je tento terminál připojen. Účastnická signalizace u analogových přípojek je velmi jednoduchá a v minimálně změněné podobě se používá od počátku zavedení automatického spojování. Tato signalizace používá k detekci požadavku změnu elektrických parametrů připojeného terminálu. Přenos číselné volby se provádí pomocí tónové volby. Zbývající informace účastník dostává v podobě odpovídajících kombinací tónů, které odpovídají konkrétnímu stavu spojení. ISDN je založena na digitální spojovací technice telefonních sítí a jejím cílem je integrace všech služeb do jediné univerzální sítě. Jednoduchá přípojka ISDN (základní přístup) může přes jednotné rozhraní připojit až 8 různých nebo stejných terminálů (telefon, fax, datový terminál (modem), videotelefon, atd.). V běžném případě je možné terminály různých služeb dosáhnout jedním volacím telefonní číslem přípojky. Každá jednoduchá ISDN přípojka má k dispozici dva přenosové kanály (každý o rychlosti 64 kbit/s) provozované na běžném měděném dvouvodičovém vedení. Síť ISDN má pro účastníka výhodu v tom, že všechny telekomunikační služby je možné provozovat na jediné přípojce, a tím na jediném vedení. Integrovaná síť ISDN není podle stavu specifikací (ITU-T, ETSI) žádnou přísně jednotně specifikovanou sítí, ale vytváří rámec, v němž mohou jednotliví provozovatelé národních sítí rozvíjet služby ISDN podle vlastních požadavků. 2.3 Základní přípojka Nejdůležitější přípojka ISDN systémů se nazývá základní nebo také přípojka se základním přístupem - Basic Access. Umožňuje použití dvou signálních kanálů (kanál B), každý s přenosovou rychlostí 64 kbit/s pro transportní digitální přenos signálních informací (hovor, data, text a obraz). Signalizace se přenáší v přídavném datovém kanálu 16 kbit/s (kanál D). Základní přípojka je běžná účastnická přípojka v síti ISDN (viz obr. 3). 14

Obr. 3 - Základní přípojka ISDN Zdroj: Digitální komunikační sítě, skripta 2.4 Primární přípojka Účastnická zařízení s velkými požadavky na přenosovou kapacitu, jako např. pobočkové telefonní ústředny nebo datová zařízení, mohou být připojena do veřejné telefonní sítě přes zvláštní síťový přístup tzv. primární přistup - Primary Rate Access. Primární přípojka umožňuje připojení 30 kanálů B každý s přenosovou rychlostí 64 kbit/s a jednoho signalizačního kanálu D (64kbit/s). Spojení mezi účastnickým zařízením a veřejnou telefonní sítí je čtyřdrátové tzn. pro primární přípojky jsou zapotřebí 2 páry měděného vedení (viz obr. 4). Obr. 4 - Primární přípojka ISDN Zdroj: Digitální komunikační sítě, skripta 15

Účastnická signalizace v ISDN má označení DSS1. Tato signalizace ctí veškeré vlastnosti referenčního modelu OSI a je zařazená do skupiny pod označením protokoly. Potom hovoříme o protokolu DSS1 kanálu D. 2.4.1 Architektura protokolu DSS1 Signalizace v kanálu D je definovaná pro spodní tři vrstvy OSI modelu a její průběh (protokol) je založen na doporučení ITU-T. V následujících odstavcích je popsán protokol DSS1 a protokol E-DSS1 pro ISDN, který z těchto doporučení vychází. Obr. 5 - Architektura protokolu v kanále D Zdroj: Digitální komunikační sítě, skripta Úkoly spodních tří vrstev: 1. Fyzická vrstva (Physical Layer), tj. vrstva 1, zajišťuje synchronizaci přenosu digitálních signálů v kanálech mezi terminály a telefonní sítí současně v obou směrech rozhraní U a S (doporučení I.430 a I431). 2. Spojová vrstva (Data Link Layer), tj. vrstva 2, zabezpečuje správnost přenosu informací vrstvy 3 mezi terminály a místní ústřednou. Ve vrstvě 2 se dále předpokládá i paketový přenos dat (doporučení Q.920 a Q.921). 3. Síťová vrstva (Network Layer), tj. vrstva 3, přenáší vlastní signalizaci mezi terminály a telefonní ústřednou (doporučení Q.930 a Q.931). 16

Poznámka: Uvedená architektura protokolu platí pouze pro kanál D. Funkce obou kanálů B je zajišťovaná pouze vrstvou 1. 2.4.2 Druhy provozu Podle druhu nosných služeb je možné rozlišovat tři druhy propojování: 1. Spojení s přepojováním okruhů (kanál B). 2. Spojení s přepojováním paketů v kanále B. 3. Spojení s přepojováním okruhů v kanále D. Podle použitého druhu nosné služby se rozlišuje signalizace a její zpracování v síti. Jako příklad možné konfigurace je dále uveden referenční model pro spojení s přepojováním okruhů. Spojení s přepojováním okruhů Spojení s přepojováním okruhů se používá u všech telefonních a u většiny datových spojení. Kanály B s přenosovou rychlostí 64 kbit/s se přenášejí transparentně mezi terminály (v koncovém provozu). Ve spojovacích polích jednotlivých telefonních ústředen se dané B kanály propojují na základě signalizace v kanále D. Spojení s přepojováním okruhů popisuje referenční model OSI obr. 6, v němž jsou jednotlivé kanály znázorněny odděleně. Protokol vrstvy 1: Pro přenos kanálů B se v síti ISDN využívají pouze funkce vrstvy 1. Kanál D využívá vrstvy 1 a 2 odděleně pro každý úsek připojených vedení. Vrstva 1 zajišťuje přenos mezi koncovým zařízením a telefonní ústřednou jedné základní přípojky. Vrstva 2 zabezpečuje správnost přenosu pro jeden úsek spojení (vedení) mezi terminálem a telefonní ústřednou. 17

Obr. 6 - Referenční model ISDN pro spojení s přepojováním okruhů Zdroj: Digitální komunikační sítě, skripta Protokol vrstvy 2: Vrstva 2 zajišťuje zabezpečení přenosu zpráv vrstvy 3 v kanále D a případně i paketový přenos dat pro data vrstvy 3. Vrstva 2 přitom vyžívá principu přenosu HDLC-LAPD. Ten vychází ze základního přenou HDLC-LAPB, který se využívá pro paketový přenos dat (X.25) a je rozšířen o specifické požadavky ISDN. Podobně jako při každém principu HDLC se i u HDLC-LAPD přenášejí zprávy vrstvy 3 v tzv. blocích (rámcích), které jsou opatřeny pořadovým vysílacím číslem a na konci bloku kontrolní bitovou kombinací pro zabezpečení přenosu. 18